專題
[摘要]毋庸置疑，固態電池取代液態電池將是大勢所趨，按照液態到半固態，再到準固態最終實現全固態的技術演化路徑，全固態電池將是最終形態。蔚來汽車ET7的高調發布，算是在推動固態電池的商業化應用方面，邁出了重要的一步。
眾所周知，當前電動汽車主要搭載的是鋰離子電池，它需要用到液態電解質溶液，但是鋰離子電池本身具有能量密度瓶頸，且安全問題始終懸而未決。相比之下，固態電池的核心是固態電解質，在安全性大幅提高的同時，能量密度可實現成倍的增長，并且不易受到極限溫度的影響，還具有重量更輕、壽命更長的優勢。
固態電池的概念已經提出超過半個世紀，但是由于技術難度太大，時至今日仍然沒有成熟的產品出現，大多還停留在炒概念或是實驗室階段。不過近日，國內造車新勢力龍頭蔚來汽車突然宣布，將在兩年內上市360wh/kg超高能量密度，150kWh的固態電池，并聲稱搭載該電池的新款車型ET7續航里程可達1000公里。
消息傳出后，在新能源車行業內引起巨大反響，但更多的是質疑的聲音。合肥國軒高科工程研究總院常務副院長徐興無就表示，固態電池大規模應用至少要到2025年，短時間內其只適用于部分場景；國聯汽車動力電池研究院董事長熊柏青也表示，全固態電池現在距商業化還很遠，現在做個演示都難，至少5年內沒戲。
面對巨大的輿論熱情，蔚來汽車董事長李斌不得不對其發布的固態電池進行解釋。他表示蔚來汽車采用的是半固態電池，內部仍帶有少量液態電解液。蔚來所做的是將這塊半固態電池進行創新，比如在正極上采用納米級包裹工藝，減少包裹材料厚度；在負極上采用預鋰化工藝，提高電池容量，并摻入無機材料粉末等。
固態電池吼一吼 股價都得抖三抖
根據此前發布的《汽車產業中長期發展規劃》，到2025年動力電池單體能量密度需要達到350Wh/kg。但是依靠當前主流的液態電解液的鋰離子電池技術，不管是以比亞迪為首的磷酸鐵鋰電池，還是以寧德時代為代表的三元鋰電池，單體能量密度理論上最高就350wh/kg且系統密度基本上限不超過300wh/kg，都難以實現。
而固態電池中由于是電解質取代了隔膜和電解質，意味著正負極間僅剩固態電解質。因此兩極間的距離可縮短至十幾微米，電池整體體積空間可增加近40%左右容量，重量則減少近25%。同體積下，容量更大，質量更低，能量密度也更高。根據試驗結果，固態電池能量密度可達400wh/kg，理論能量密度可達700Wh/kg。
正因如此，大家把突破能量密度瓶頸的重任，寄托在固態電池身上，企業趨之若鶩。國內方面，包括輝能科技、清陶能源、珈瑋股份、衛藍新能源等企業，都在積極投建固態電池產線甚至部分已宣布投產；國外方面，包括三星SDI、SKI、LG化學、麻省固能、Quantum Scape等電池企業，在固態電池領域不斷取得突破。
早在2016年底，珈偉股份就在上海舉辦“全球首例固態鋰電池與快充電池發布會”。在發布會上，公司詳細介紹了固態鋰電池技術并進行安全性能演示。珈偉股份表示，公司全固態電池，在電池密度上可達到400wh/kg至600wh/kg。當時，公司固態電池已實現小批量生產，預計2017年底或2018年初實現大規模量產。
專業從事固態電池設計開發的衛藍新能源，宣稱其開發的固態電池能量密度在2018年便已達到300wh/kg。近幾年來，衛藍新能源固態電池在安全性方面均已通過測試，一直在進行樣車的試驗。2019年衛藍新能源固態電池產品已供給無人機使用，同時固態電池原材料包括硅碳負極、固態電解質隔膜材料已實現批量生產。
而在固態電池領域走的比較快的輝能科技，此前也宣布其鋰金屬固態電池的原型電池已經制造出來，能量密度達到383Wh/kg，體積能量密度為1025Wh/L，循環做到500次。而且其固態電池已克服鋰枝晶和鋰苔的問題，負極完全采用鋰金屬。輝能科技計劃今年內完成2GWh示范線，2022年起完成固態電池量產車投放。
除了上述企業，還有不少企業也公布了有關固態電池的量產計劃，但是大都不達預期或是沒有了下文。相比于上述企業的高調，傳統動力電池廠家如比亞迪、寧德時代等則顯得較為低調，雖早有固態電池的布局但鮮有消息放出，更從未提及量產時間。不過近期，一向低調的寧德時代，也在固態電池方面有了新的動作。
今年1月19日，寧德時代也公開了兩種與固態電池相關的專利，其中就包括《一種固態電解質的制備方法》和《一種硫化物固態電解質片及其制備方法》。寧德時代表示，第一款專利可通過提高固態電解質電導率，從而提升全固態電池能量密度；第二款專利可提高固態電解質片的電導率及電池的能量密度和循環性能。
在這個時間點上，寧德時代公開固態電池專利信息，很容易讓人聯想到此前蔚來汽車發布的固態電池消息。此前蔚來汽車雖然發布了150kWh固態電池包，并定于2022年第四季度對外交付，但是蔚來汽車并未對外公布供應商信息，此前業界紛紛猜測該固態電池很有可能是由蔚來汽車現在的電池供應伙伴寧德時代提供。
但是后來李斌承認，蔚來汽車采用的是半固態電池，內部仍帶有少量液態電解液。從寧德時代公布的專利信息來看，這兩款專利都是固態電解質，而非固液混合電解質，因此蔚來汽車的半固態電池供應商是誰，仍然是個謎。而且寧德時代此前也表示，固態電池實現商業化至少需要5年，寧德時代的舉動似乎別有用意。
筆者注意到，就在蔚來固態電池消息公布不久，涉及鋰電池隔膜和電解液的概念股短期內紛紛大跌。接下來三個交易日，恩捷股份股價下跌21.47%，該千億市值的鋰電隔膜龍頭市值便蒸發300多億元。除了恩捷，市值600億的天賜材料也同樣遭遇跌停。此外受到波及的還有星源材質、新宙邦，星云股份、奧克股份等。
業內人士不禁調侃道，固態電池吼一吼，資本都得抖三抖。隨后天賜材料表示，公司目前已開展全固態電池用固態電解質的研究，且已有專利布局，但距離真正的商用化還有很長的路要走；恩捷股份也表示，公司研究院有固態電池技術專業研究團隊，已在全固態及半固態電池方面持續進行了多項深入細致的研究工作。
雖然固態電池尚未完全實現批量化生產，更不用談商業化問題，但蔚來汽車對固態電池的激進布局，就像我們熟知的斗地主，我蔚來手里有好牌，所以我掌握著搶地主和加倍的主動權，你們只能跟。而寧德時代祭出固態電池專利，恩捷股份、天賜材料公布固態電池材料進展，也是在告訴對手，我有準備所以根本不虛。
技術成本待突破 商業化為時尚早
通常，行業內依據液體電解液的用量比例來作為固態電池的劃分標準：整塊電池中液體電解質質量百分比<10%為半固態；液體電解質質量百分比<5%為準固態；不含有任何液體電解質為全固態，因此蔚來發布的半固態電池只是固態電池技術路線上的初級段落。有激進者認為，將固液電解質稱為固態電池實際是偷換概念。
業內人士稱，在現有的高鎳電池的基礎上，往負極材料上摻加硅碳元素，就能生產出半固態電池，從技術上來看完全可行，早在幾年前這項技術就已出現。而且這樣做出來的半固態電池能量密度更高，單體能量密度可做到300Wh/kg以上。但是這樣做的缺點是，材料成本會比較高，比傳統鋰電池高出數倍甚至是數十倍。
如果是全固態電池，生產成本還會更高。在固態電池領域擁有超過1000項專利，位居全球前列的豐田汽車就提到，目前固態電池面臨的最大問題就在于解決成本問題，未來成本需要低于100美元/kWh才能與燃油機相抗衡。據了解，豐田將在今年內推出首款搭載固態電池的原型車，而直到2025年才會推出首款量產車型。
而在國內，電動車的補貼政策比較明確，電池企業也在這個政策下指導性進行生產，可以說政府對補貼要求是什么，電池企業就生產什么樣的電池，這也導致固態電池短期內沒有實際的剛需。就在發布固態電池的消息后不久，李斌也承認，全固態電池的量產還是很遙遠的事情，原因是目前固態電池的市場需求還很低。
選擇從半固態電池入手，通過蔚來汽車獨有的電池租用服務模式（BAAS）降低用戶的購買和使用成本。具體的做法是，將電池的產權剝離出來，用戶購買車輛后可租用電池。而這種車電分離的模式有效解決了新能源車殘值率大幅下跌的用戶困擾，不僅讓蔚來汽車擁有了更大的競爭優勢，也使得汽車電池可以獨立迭代。
李斌表示：“固態電池如果沒有量產的機會，那么價格就會居高不下。蔚來的商業模式讓我們可以保證固態電池啟動量產所必須的量，所以我們推動固態電池技術量產的動力比別人大得多。固態電池車用級規模的量產需要有人去啟動它，我們經過全面評估后認為能夠做到量產，通過半固態電池打開市場是不錯的選擇”。
當然除了成本的原因，固態電池還有很多技術難點待突破。據了解，當前固態電池領域已經摸索出了三條較為可行的技術路線，即聚合物電解質、無機氧化物電解質以及無機硫化物電解質，三條路線也各有優缺點。其中聚合物電解質優點在于柔韌性比較好，可以做凝膠狀態。缺點在于導電率過低，而且還會產生水份。
無機硫化物電解質方面，當前最好的硫化物電解質的導電率已經可以達到跟液態電池持平的水準。但這種材料耐高壓方面比較差，跟水分接觸，容易發生負反應，生成有毒的、易燃易爆的硫化氫氣體；在無機氧化物電解質跟液態電解質的導電率差距不大，且對環境的要求比較低。缺點是柔韌性差，界面接觸會比較差。
而即使是解決了固態電池材料問題，在量產方面也面臨著很多問題。業內人士認為，目前電池企業在生產液態電池的時候，都需要追求產品的一致性。而固態電池由于是固定的不能流動，做不均勻，一致性會差于液態電池。現階段的電池生產工藝在固態電池領域完全不適用，要大規模生產固態電池還需創新生產工藝。
清華大學南策文院士認為，任何新技術、新產品剛一開始出來，成本都較高，一旦生產技術成熟、產量上去，成本自然而然就能下來。固態電池一定要走向實用化、規模化。如果一直在紙上談，何來進步。一個新技術出來，在熱了一段時間后，一定要慢慢往產業應用方向走，哪怕邁出一小步也可以，但不邁出去不行。
毋庸置疑，固態電池取代液態電池將是大勢所趨，按照液態到半固態，再到準固態最終實現全固態的技術演化路徑，全固態電池將是最終形態。蔚來汽車ET7的高調發布，也算是在推動固態電池的商業化應用方面邁出重要一步。可預見的是，在解決技術和成本的問題后固態電池終將商業化，實現對液態鋰電池的替代。
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